antenna and propagation1 7801

Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất

+ Giả thiết của mặt đất:
- Thay mặt đất lồi, lõm bằng mặt đất bằng phẳng
- Bỏ qua sự thay đổi liên tục của chất đất
- Bỏ qua sự thay đổi của đất theo chiều sâu
- Thay mặt đất bất đồng nhất bằng mặt đất đồng nhất với tham số
sao cho gây ra những ảnh hưởng giống mặt đất thực
+ Mặt đất phẳng
- Khi cự ly thông tin đủ bé (nhỏ hơn 0,2 tầm nhìn thẳng R ≤ 0.2r0)
thì mặt đất giữa anten phát và anten thu được xem là mặt phẳng.
- Tầm nhìn thẳng r0 là khoảng cách từ anten phát đến anten thu và
tiếp xúc với mặt đất
- Tầm nhìn thẳng phụ thuộc vào chiều cao anten phát và aten thu
1


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất

+ Tầm nhìn thẳng
A

C

B

h2

h1
a

O

r0 =

( a + h1 ) − a +
2

2

2
a + h2 ) − a 2 = 2ah1 + h12 + 2ah 2 + h2
(
2

r0 ≈ 2ah1 + 2ah2 = 2a ( h1 + h2 )
Với a ≈ 6370 km là bán kính trái đất

r0 [km] = 3.57  h1[m] + h2 [m] 



2


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất

+ Sự phản xạ của sóng lên mặt đất phẳng (xem bằng phẳng) ta có mơ
hình 2 tia

A

α

h1
γ

r1

ϕ

B
h2

r r r
E = E t + E px

R px = R px e

r2

− jφ px

=

A’

E px
Et

- Xét sóng phân cực đứng
Dựa theo điều kiện bờ và mối quan hệ giữa
Cường độ điện trường và cường độ từ trường
R pxd =

ε 'p sin γ − ε 'p − cos 2 γ
ε 'p sin γ + ε 'p − cos 2 γ
3


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Xét sóng phân cực ngang

R pxng =

sin γ − ε 'p − cos 2 γ
'
sin γ + ε p − cos 2 γ

- Hệ số phản xạ

4

Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Cường độ trường tại điểm thu

r
r
r
E = Et + E px
- Mơ hình truyền sóng 2 tia; Cơng thức trường giao thoa
Giả thiết:
A

α

h1
γ

r2
A’

ϕ

r1

B
h2

• Anten phát với cơng suất đưa vào Pt, hệ

số hướng tính Dt, đặt ở độ cao h1.
• Anten thu đặt cách anten phát một
khoảng R, và cao h2.
ã Mt t vi thụng s à = 1, εp’
• Nguồn kích thích cho anten là nguồn
điều hòa
5


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Mơ hình truyền sóng 2 tia; Cơng thức trường giao thoa
E=

60 Pt Dt
r1

e

j (ωt − kr1 )

1 + R px e − j β 



Hàm giao thoa F

E = Etd F

β = k ∆r + φ px

Etd =

2h1h2
∆r =
R

60 Pt Dt
R

 4π h1h2

F = 1 + R px + 2 R px cos 
+ φ px 
 λr

2

- Khi Rpx = -1
θ
 4π h1h2

F = 2 + 2 cos 
+ π  = 2 − 2 cos θ = 2 sin
2
 λr


6

Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Sự phụ thuộc của F vào R

7


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Sự phụ thuộc của F vào h

8


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Truyền sóng khi kể đến độ cong của mặt đất; khi cự ly thông tin lớn
hơn 0.2r0 và nhỏ hơn 0.8r0
2

r1
h1 ' = h1 −
2a

r22

h2 ' = h2 −
2a

h1r

r1 = h + h

1
2

r = h2 r
 2 h1 + h2


9


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
+ Sóng truyền theo phương thức nhiễu xạ là là mặt đất (anten đặt thấp)
Xét môi trường (1) là không khí: ε’ =1, µ’ = 1, mơi trường đất có
ε’p = ε’d + j60λσd, µ’d = 1. Xác định trường tại điểm B cách mặt
đất một khỏang h. Áp dụng nguyên lý Huygen cho nguồn bức xạ
thứ cấp là diện tích Frenel thứ 1 nằm tại mặt phân cách có bán kính
là b

10

Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
 λd 
b =   + hλd
 2 
2

λk =
λd =

c
nk f
c

λk
λd =
nd

nd f

λd
λk
b≈
<<
2
2

11

Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
Áp dụng điều kiện bờ chính xác

H ky = H dy
Ekx = Edx
ε 'p

ε 'p

ε
H ky = −
Ekz = H dy = −
Edx = −
Ekx
120π
120π
120π
'

Ekx = −

120π
ε

'
p

H ky =

Ekz
ε

'
p

=

Ekz
'
ε d − j 60λσ d
12


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
Cấu trúc trường

Mật độ công suất

r 1
π x = Re
2
r 1
π n = Re
2

(

r
r∗
Ekz × H ky

)

(

r
r∗
Ekx × H ky

)
13


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
Công thức cường độ điện trường tại điểm thu với đất dẫn lý tưởng
E = Etd F

E=

60 Pt Dt
R

2 = Etd 2

Công thức cường độ điện trường tại điểm thu với đất bán dẫn (công thức Vanderpol)

E = Etd F
π R ε −1
x=
⇒
' 2
λ εp
'
p

πR
x =
λ

( )
(ε ) + ( 60λσ )

ε − 1 + ( 60λσ d )
2

'
d

'
d

2

2

d

14

2


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Khi x ≤ 25

F= 2

2 + 0.3 x
2 + x + 0.6 x

2

- Khi x > 25

1
F=
2 x

15

Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
+ Truyền sóng trong tầng đối lưu
- Thơng số vật lý:
Mật độ chất khí
Nhiệt độ
Độ ẩm
à Tầng đối lưu thường

P
ρ=
kT
P = P0 e

−

Mg
h
RT

- Thông số điện tầng đối lưu -- hệ số điện môi và chiết suất

r
r
P = χE
r
r r
r


χr
D = ε 0 E + P = ε E = ε 0 1 +  E
 ε0 

χ
ε = 1+
ε0
'

16


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Thông số điện tầng đối lưu (hệ số điện môi và chiết suất)

χk χh
ε = 1+
+
ε0 ε0
'

155.2 
4800  −6
ε = 1+
Ph 10
 Pk +
T 
T


'

ε −1
78 
4800  −6
n ≈ ε ≈ 1+
≈ 1 +  Pk +
Ph 10
2
T 
T

'

'

17


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Chỉ số chiết suất

78 
4800 
N = ( n − 1)10 =  Pk +
Ph 
T 

T

6

- Điều kiện gần đúng quang hình

1 dn
λ << 1
n dl

1 dn
dn
n2
λ0 << 1 ⇔
<<
2
n dl
dl
λ0
18


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
-Bán kính cong của quỹ đạo
Chia tầng đối lưu thành nhiều lớp, trong mỗi lớp có chiết suất giống
nhau và có độ dầy gần bằng nhau

−10

R=
dN
dh

6

- Tầng đối lưu thường

dN
= −4.10−2
dh

−106
R=
= 25000 km
dN
dh

19


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Bán kính trái đất tương đương

1 1
1
1
− =

−
a R atd Rtd

aR
a
a
a
atd =
=
=
=
a
a
dN
R − a 1−
1+
1 + a.10−6
106
R
dh
dN
dh
- Tầng đối lưu thường atd = 8500 km

r0td = 2atñ ( h1 + h2 )
h '1td

r12
r22
= h1 −

; h '2td = h2 −
2atd
2atd

20


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
- Các dạng khúc xạ tầng đối lưu:
Khúc xạ âm: dN/dh > 0

Khúc xạ dương: dN/dh < 0:
Tầng đối lưu thường

21


Telecommunications Program

Truyền sóng khi kể đến ảnh hưởng của mặt đất
Khúc xạ tới hạn

Siêu khúc xạ

22